I/O简介I/O通常包括内存IO、网络I/O、磁盘I/O等，但我们通常说的网络I/O和磁盘I/欧。网络I/O：本质是socket读取每一个I/O请求，会分为两个阶段：第一步：等待数据，即数据从磁盘到内核内存；先从磁盘文件加载数据到内核内存空间（buffer），等待数据准备完成，耗时较长。第二步：拷贝数据，即数据内核内存到进程内存；将数据从内核缓冲区拷贝到用户空间的进程内存中，时间比较短。Web请求处理流程1.客户端向服务器网卡发起情况2.服务器网卡收到请求后，转交给内核处理3.内核将请求发送给工作在user中的Web服务器进程根据请求对应的socket空间4.根据用户的请求，web服务器进程向内核进行系统调用，申请相应的资源（如：客户端获取图片）5.内核发现web服务器进程请求一个存储在本地硬盘上的资源，于是通过驱动程序连接到磁盘6.内核调用磁盘获取需要的资源7.内核将资源存储在自己的缓冲区中，并通知Web服务器process8.Webserver进程通过系统调用获取资源，复制到进程自己的buffer中9.webserver进程形成response，通过s再次发送给kernel系统调用以响应请求。10.内核向网卡发送响应。11、网卡向用户发送响应。通过这么复杂的过程，一个请求就完成了。简单来说就是：用户请求——》投递到用户空间——>系统调用——》内核空间——>内核到磁盘读取图片资源——》返回用户空间——>响应用户上面的简单解释，客户端请求web服务器，在这个过程中，有两个I/O过程：一个是客户端请求的网络I/O，一个是web服务器请求的镜像磁盘I/O。I/OModelNouns说到I/O模型，就会涉及到同步、异步、阻塞、非阻塞这些词，下面分别解释这些词的概念Blockingandnon-blockingBlockingandnon-blocking指的是执行操作时，操作完成后返回结果，或者立即返回结果。阻塞：指IO操作需要完全完成才返回用户空间。在调用结果返回之前，调用者被挂起（当前线程进入不可执行状态，在该状态下，CPU不会分配时间片，线程将被挂起运行）只有在返回结果时才进入激活状态到达了;阻塞示例：海底捞服务员给你点单，点完后，服务员发消息给后厨，你就在桌边等，等厨师放好汤锅，等菜和小菜都做好了，就可以开始吃饭了并送到您的餐桌。上菜过程中不能离开，因为你离开后，服务员上菜了却找不到你，所以你可以等。这个时候你处于阻塞等待状态，也就是我之前说的，你是调用者，你被挂起进入不可执行状态。非阻塞（nonblocking）：是指在I/O操作调用后立即返回一个状态值给用户，而不用等到I/O操作完全完成，直到最后调用者才会被挂起返回调用结果；非阻塞示例：海底捞服务器为你下单。点好后，服务员会把消息传到后厨。三分钟后，你去后厨问，我的锅底或者肥牛卷做好了吗？后厨说不好，然后你去处理其他的事情，又过了五分钟，你跑到后厨问我有一个菜做好了吗，没有，你继续做其他的things，然后waited再问，这个时候是和I/O操作同时进行的，你没有挂起，你可以操作其他的东西，但是如果I/O操作完成了，需要马上accept。同步和异步同步/异步关注的是同步消息通信机制（synchronous）：调用者等待被调用者返回消息后才继续执行。同步阻塞示例：去饭店吃饭，点了一份盖饭，然后在桌边等盖饭做好，自己端上桌。这是典型的同步阻塞。厨师为您做饭时，您需要一直在场。同步非阻塞示例：去饭店吃饭，点了一个盖饭。你点完饭，过了几分钟，觉得时间差不多了，就问老板饭好了没有。如果准备好了，就去上菜吧。最好晚点问，实时同步烹饪进度，轮流问，直到饭做好。这是同步非阻塞。异步：被调用者主动通过状态、通知或回调机制将被调用者的运行状态通知给调用者。I/O模型类型IO模型分为以下五类1.阻塞型：所有进程完全阻塞2.非阻塞型：如果没有数据缓冲区，立即返回EWOULDBLOCK3.I/O多路复用型（select和poll）：在wait和copy阶段分别阻塞4.信号驱动I/O（SIGIO）：在wait阶段不阻塞，在copy阶段阻塞（signal-drivenI/O），即,notification5.异步I/O（AIO）：完全不阻塞的Blocking模式，当I/O完成后，提供信号阻塞I/O。说明：应用程序调用IOrecvfrom函数，这将导致应用程序阻塞。进入阻塞状态后，直到I/O操作完成才会返回；如果系统内核数据还没有准备好，那就等待数据准备好，因为调用了recvfrom函数，应用被阻塞了，所以一直在等待，什么也做不了。内核数据准备好后，将数据从内核拷贝到用户空间。复制结束后，I/O函数返回成功指示。注意：阻塞时，在I/O操作阶段为非阻塞I/O说明：当用户线程发起IO请求时，立即返回。但如果没有读取到数据，则返回字段为“EWOULDBLOCK”，用户线程需要不断发起IO请求，直到数据到来，才真正读取数据并继续执行。即“轮询”机制。在整个IO请求过程中，虽然每次发起IO请求后用户线程都可以立即返回，以便等待数据。仍然需要不断轮询，重复请求，消耗大量CPU资源；这是对CPU的浪费。一般这种模型很少用到，但是非阻塞IO特性在其他模型中用到了。I/O多路复用（select和poll）说明：I/O多路复用模型将使用select或poll功能。在I/O多路复用模型中，不是阻塞到I/O操作过程中，而是阻塞到select或poll函数中；以select为例：进程阻塞在select处，等待几个描述符中的一个变为可操作，如果不等待，会继续阻塞在第一阶段，如果等待一个描述符变为可操作的话可操作，调用recvfrom函数将数据复制到申请缓冲区。信号驱动I/O（SIGIO）说明：首先，我们让socket进行信号驱动I/O，并安装一个信号处理函数SIGIO。如果数据没有准备好，会立即返回结果，进程会继续工作，不会阻塞。当数据准备好后，系统内核会主动发送一个SIGIO信号给应用程序。应用程序接收到信号后，可以调用信号处理函数中的I/O操作函数recvfrom对数据进行处理。信号驱动I/O模型的优点是当数据报到达时，不会阻塞，主循环可以继续执行，只是等待处理程序的通知，或者数据准备好处理，或者数据报已准备好被读取。异步I/O(AIO)描述：当发出异步过程调用时，调用者无法立即得到结果。真正处理这个调用的组件完成后，通过状态通知和回调通知将输入输出操作通知给调用者。用户可以直接对I/O进行读写操作。这些操作告诉内核用户读写缓冲区的位置，以及内核在I/O操作完成后通知应用程序的方式，也就是上面说的通过状态通知或回调通知的通知方式。呼叫者。异步I/O的读写操作总是立即返回，但是没有返回结果说是否阻塞，因为异步I/O操作真正的读写操作已经被内核接管了，而内核在数据处理完成后产生一个信号，然后通知用户刚刚交给自己的事件已经处理完毕。五种I/O模型的总结和比较。五种I/O模型中，前三种属于同步I/O，后两种属于异步I/O。同步I/OBlockingI/ONon-blockingI/OI/Omultiplexing(selectandpoll)异步I/O信号驱动I/O(SIGIO)半异步异步I/O(AIO)全异步异步I/O和信号驱动I/O的区别在信号驱动I/O模式中，内核通知我们应用程序在可以复制时发送一个SIGIO信号。在异步I/O模式下，内核不会通知我们的应用程序，直到内核操作完成所有操作。
